八章节真核生物基因表达调控.ppt

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1、八章节真核生物基因表达调控 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望教学目的：教学目的：了解真核基因表达调控的特点了解转录前的调控，掌握增强子的作用特点掌握反式作用因子的DNA结合域的结构花式；了解转录后加工水平的调控方式，掌握可变剪接、反式剪接、RNA编辑的概念；了解翻译水平的调控方式及特点。第一节第一节概述概述第二节第二节转录水平转录水平的调控的调控第三节第三节转录后加工水平转录后加工水平的调控的调控第四节第四节翻译的调控翻译的调控第一节第一节 概述概述

2、原核与真核生物基因表达的差异原核与真核生物基因表达的差异重复序列重复序列重叠基因重叠基因割裂基因割裂基因无内含子无内含子RNA转录后加工转录后加工转录和翻译同步进行转录和翻译同步进行真核生物真核生物 原核生物原核生物DNA+组蛋白组蛋白核小体核小体裸露的裸露的DNA回顾回顾回顾回顾单顺反子单顺反子多顺反子（操纵子）多顺反子（操纵子）染色质结构染色质结构DNA的甲基化的甲基化第一节第一节概述概述第二节第二节转录水平转录水平的调控的调控第三节第三节转录后加工水平转录后加工水平的调控的调控第四节第四节翻译的调控翻译的调控1顺式作用元件顺式作用元件2反式作用因子反式作用因子第二节第二节 真核基因转录水

3、平的调控真核基因转录水平的调控1基因转录的顺式作用元件基因转录的顺式作用元件(cis-actingelements)顺顺式式作作用用元元件件：对对基基因因表表达达有有调调节节活活性性的的DNA序序列列，其其活活性性只只影影响响与与其其自自身身同同处处在在一一个个DNA分子上的基因；分子上的基因；通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。中。包括包括:启动子、终止子、增强子、沉默子、静息启动子、终止子、增强子、沉默子、静息子、转座子、效应元件等。子、转座子、效应元件等。1.1启动子启动子启动子（启动子（promoter）：）：是一段提供是一段提供RNA聚

4、合酶识别和结合聚合酶识别和结合的的DNA序列，它位于基因的上游。序列，它位于基因的上游。RNA聚合酶正是通过与它的结合而启动基因的转录。聚合酶正是通过与它的结合而启动基因的转录。*启动子的特征启动子的特征序列特异性序列特异性方向性方向性位置特性位置特性种属特异性种属特异性TTGACATATAAT转录起始点转录起始点53-35-1016-19bp5-9bpT80A95T45A60A50T96T82T84G78A65C54A45原核生物的PromoterII型启动子组成型启动子组成(1)核心启动子成分，核心启动子成分，如如TATA框；框；(2)上上游游启启动动子子成成分分（UPE），如如CAAT框

5、框，GC框，八聚体（框，八聚体（octameramer）等；）等；(3)转录起始子（转录起始子（Inr）真核启动子含有不同的序列，不同序列的位置、种类、真核启动子含有不同的序列，不同序列的位置、种类、距离和方向都不完全相同；距离和方向都不完全相同；SV40 早期启动子早期启动子胸苷激酶胸苷激酶组蛋白组蛋白H2B-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1Oct CAAT GC TATA 170 160 150 140 130 120 110.60 50 40 30 20 10 1 10 20 上游控制区上游控制区 核心启动子核心启动子I 型型II 型型III型型型启动子型

6、启动子型启动子型启动子1.2 增强子增强子 EnhancerEnhancer又称远端上游序列远端上游序列（far upstream sequence）。最早最早SV40病毒中发现，可使旁侧基因转录提高病毒中发现，可使旁侧基因转录提高100倍。倍。组成：组成：100-200bp，单拷贝或多拷贝串连形式，单拷贝或多拷贝串连形式存在。存在。正性调控元件，转录因子结合，促进转录。正性调控元件，转录因子结合，促进转录。增强子的作用特点：增强子的作用特点：促进基因的转录效率远距离发挥作用促进基因的转录效率远距离发挥作用(100500bp，10Kb)促进转录，不具有启动子专一性促进转录，不具有启动子专一性功

7、能与方向、位置无关功能与方向、位置无关具有组织或细胞特异性具有组织或细胞特异性对同源或异源基因均有功能。对同源或异源基因均有功能。1.3 沉默子沉默子 silencersilencer负性调控元件负性调控元件，转录因子结合抑制转录。转录因子结合抑制转录。作用特点作用特点：不受序列方向的影响不受序列方向的影响，能能远距离发挥远距离发挥作用，作用，并可对并可对异源基因异源基因的表达起作用。的表达起作用。1.4 转座子转座子转座子-跳跃基因跳跃基因的移动，有时候能够的移动，有时候能够激活或抑制某些结构基因的表达。激活或抑制某些结构基因的表达。v一一组组受受到到共共同同调调控控的的基基因因，都都有有一

8、一个个相相同同的的元元件件（序序列列），此此元元件件能能与与某某一一个个(类类)专专一一蛋蛋白白因因子子结结合合，使使基基因因对对其其作作出反应。出反应。1.5效应元件效应元件(Responseelement):表表 真核生物的效应元件和相应的蛋白因子真核生物的效应元件和相应的蛋白因子调节剂调节剂效效应应元件元件保守序列保守序列DNADNA长度长度因子因子大小大小(DaDa)热激热激HSEHSECNNGAANNTCCNNGCNNGAANNTCCNNG27bp27bpHSTFHSTF93,00093,000糖皮质激素糖皮质激素GREGRETGGTACAAATGTTCTTGGTACAAATGTTC

9、T20bp20bp受体受体94,00094,000弗波酯弗波酯TRETRETGACTCATGACTCA22bp22bpAP1AP139,00039,000血清血清SRESRECCATATTAGGCCATATTAGG20bp20bpSRFSRF52,00052,000效应元件的特点：效应元件的特点：有短的保守顺序；有短的保守顺序；是启动子或增强子的上游元件。是启动子或增强子的上游元件。在不同基因中，拷贝相似，有时有多个拷在不同基因中，拷贝相似，有时有多个拷贝；贝；与转录起点距离不固定。与转录起点距离不固定。类固醇激素信号类固醇激素信号接受金属刺激接受金属刺激增强子增强子应答佛波酯应答佛波酯应答元

10、件应答元件肿瘤诱导剂肿瘤诱导剂1顺式作用元件顺式作用元件2反式作用因子反式作用因子第二节第二节 真核基因转录水平的调控真核基因转录水平的调控2反式作用因子（反式作用因子（trans-actingfactors）反式作用因子反式作用因子：通过扩散自身表达产物（酶、通过扩散自身表达产物（酶、调节蛋白）控制其他基因的表达，调节蛋白）控制其他基因的表达，其编码基因其编码基因与其识别或结合的靶序列不在同一个与其识别或结合的靶序列不在同一个DNA分子分子上。上。包括：包括：转录因子、转录因子、RNA聚合酶、调控蛋白等。聚合酶、调控蛋白等。2.1 反式作用因子的分类反式作用因子的分类2.2 反式作用因子的调

11、控作用反式作用因子的调控作用2.1反式作用因子的分类：反式作用因子的分类：(1)通用因子通用因子，在一般，在一般细细胞中普遍存在，胞中普遍存在，表表哺乳动物哺乳动物RNAPol启动子上游转录因子结合的序列元件启动子上游转录因子结合的序列元件组件组件保守顺序保守顺序DNA长长度度转录因子转录因子大小大小（Da）丰度（丰度（/细胞）细胞）分布分布TATAboxTATAAAA10bpTBP27,000?普遍普遍CAATboxGGCCAATCT22bpCTF/NF160,000300,000普遍普遍GCboxGGGCGG20bpSP1165,00060,000普遍普遍OctamerATTTGCAT20

12、bpOct-176,000?普遍普遍OctamerATTTGCAT23bpOct-252,000?淋巴细胞淋巴细胞KBGGGACTTTCC10bpNFKB44,000?淋巴细胞淋巴细胞(2)特异作用因子：特异作用因子：特殊组织与细胞中的，如淋巴细胞中的特殊组织与细胞中的，如淋巴细胞中的Oct-2还包括：还包括：转录激活因子转录激活因子（结合增强子结合增强子）和）和转录抑制因子转录抑制因子（结结合沉默子合沉默子）。）。(3)诱导型因子：诱导型因子：和和效应元件效应元件（特异调控序列特异调控序列）结合的结合的蛋白因子蛋白因子。表表 真核生物的效应元件真核生物的效应元件调节剂调节剂元件元件保守顺序保

13、守顺序DNADNA长度长度作用因子作用因子大小大小(DaDa)热激热激HSEHSECNNGAANNTCCNNGCNNGAANNTCCNNG27bp27bpHSTFHSTF93,00093,000糖皮质激素糖皮质激素GREGRETGGTACAAATGTTCTTGGTACAAATGTTCT20bp20bp受体受体94,00094,000弗波酯弗波酯TRETRETGACTCATGACTCA22bp22bpAP1AP139,00039,000血清血清SRESRECCATATTAGGCCATATTAGG20bp20bpSRFSRF52,00052,000蛋白质和蛋白质和DNA相互作用；相互作用；蛋白质和

14、配基结合；蛋白质和配基结合；蛋白质之间的相互作用蛋白质之间的相互作用;蛋白质的修饰。蛋白质的修饰。2.2 反式作用因子的调控作用反式作用因子的调控作用DNA结合域结合域，bindingdomain，BD：100aa，大沟大沟转录激活域转录激活域，activedomain，AD：30-100aa2.2.1蛋白质和蛋白质和DNA相互作用相互作用（1）转录激活域转录激活域带负电荷的螺旋结构带负电荷的螺旋结构如如GCN4，GAL4rich-Gln如如SP1,AP2,oct1,oct2rich-pro如如CTF/NF1（2）DNA结合域的结构花式结合域的结构花式/基元（基元（motif）锌指结构（锌指结

15、构（Zincfinger）螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构螺旋结构（helix-turn-helix，HTH）同源异形结构域同源异形结构域（Homeodomains，HD）螺旋螺旋-环环-螺旋结构螺旋结构（helix-loop-helix，HLH）亮氨酸亮氨酸“拉链拉链”（leucinezipper）锌指（锌指（zincfinger）由一小组保守的由一小组保守的氨基酸氨基酸和锌离子和锌离子结合，形成了结合，形成了相对独立的功能域，像相对独立的功能域，像一根根手指伸向一根根手指伸向DNA的的大沟大沟。有两种基本构型；有两种基本构型；-螺旋螺旋-折叠折叠 23aa，两指间，两指间7-8aa共有序列：共

16、有序列：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His串联重复排列，串联重复排列，锌指数目多少不等锌指数目多少不等A A.Cys2/His2SP1SP1与与GC盒结合的转录因子盒结合的转录因子SP1中有连续中有连续的的3个锌指重复结构。个锌指重复结构。表表带带有有Cis/His锌锌指指结结构的构的转录转录因子和因子和DNA结结合蛋白合蛋白蛋白蛋白来源来源大小大小指指结结合的合的DNA靶靶启启动动子子功能功能TFA哺乳哺乳动动物物37,000950bp5S基因基因pol5S基因基因转录转录因子因子SP1哺乳哺乳动动物物105,000310bpGCboxpolII

17、一般的一般的转录转录因子因子ADR1果果蝇蝇150,000222bpADH2基因基因polII激活激活ADH基因基因Kruppel果果蝇蝇60,0005?？胚的分化胚的分化B.Cys2/Cys2B.Cys2/Cys2Zn2+与与4个个Cys结合结合共有序列：共有序列：Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys无大量重复性锌指无大量重复性锌指表表Cys2/Cys2型的作用因子型的作用因子蛋白蛋白大小大小指指靶靶糖皮糖皮质质激素受体激素受体94,0002GRE中中20bp雌激素受体雌激素受体66,0002ERE中中20bpGAL4(酵母酵母)99,0001UAS中中17bp例如：甾类激素受

18、体家族例如：甾类激素受体家族糖皮质激素特异性糖皮质激素特异性雌激素特异性雌激素特异性v甾类激素受体以二聚体形式发甾类激素受体以二聚体形式发挥其促进转录的作用。挥其促进转录的作用。v两个锌指的功能不同：两个锌指的功能不同：与与DNA结合结合形成二聚体形成二聚体（2）DNA结合域的结构花式结合域的结构花式/基元（基元（motif）锌指结构（锌指结构（Zincfinger）螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构螺旋结构（helix-turn-helix，HTH）同源异形结构域同源异形结构域（Homeodomains，HD）螺旋螺旋-环环-螺旋结构螺旋结构（helix-loop-helix，HLH）亮氨酸亮氨酸

19、“拉链拉链”（leucinezipper）螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋（helix-turn-helix，HTH）至少有两个至少有两个螺旋，其间由短肽段形成的螺旋，其间由短肽段形成的转角连接，转角连接，二聚体形式存在，二聚体形式存在，距离正好相当于距离正好相当于DNA一个螺距（一个螺距（3.4nm），两个），两个螺旋刚螺旋刚好分别嵌入好分别嵌入DNA的深沟。的深沟。许多调控蛋白都有许多调控蛋白都有HTHHTHLacO的阻抑蛋白的阻抑蛋白阻遏蛋白与阻遏蛋白与cro蛋白蛋白CAP酵母接合型调控蛋白酵母接合型调控蛋白1，2玉米的玉米的Kn1水稻的水稻的OSH1（2）DNA结合域的结构花式结合域的结构

20、花式/基元（基元（motif）锌指结构（锌指结构（Zincfinger）螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构螺旋结构（helix-turn-helix，HTH）同源异形结构域同源异形结构域（Homeodomains，HD）螺旋螺旋-环环-螺旋结构螺旋结构（helix-loop-helix，HLH）亮氨酸亮氨酸“拉链拉链”（leucinezipper）编码编码60aa的序列，几乎存在于所的序列，几乎存在于所有真核生物中；有真核生物中；有有3个个-helix,H1与与H2平行平行H3位于大沟中，与位于大沟中，与DNA特异结合特异结合N端多余臂部分与小沟结合，稳定端多余臂部分与小沟结合，稳定性高。性高。同源

21、异形结构域（同源异形结构域（Homeodomains，HD）HD与与HTH的不同：的不同：（1）HD的的C端由端由3个个-螺旋构成，螺旋螺旋构成，螺旋3结合于结合于大沟；大沟；而而HTH至少至少2个个-螺旋构成；螺旋构成；（2）HD以单体形式与以单体形式与DNA结合，靶序列不是回结合，靶序列不是回文结构，文结构，而而HTH以二聚体形式与以二聚体形式与DNA结合，靶序列结合，靶序列是回文结构。是回文结构。（2）DNA结合域的结构花式结合域的结构花式/基元（基元（motif）锌指结构（锌指结构（Zincfinger）螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构螺旋结构（helix-turn-helix，HTH）同

22、源异形结构域同源异形结构域（Homeodomains，HD）螺旋螺旋-环环-螺旋结构螺旋结构（helix-loop-helix，HLH）亮氨酸亮氨酸“拉链拉链”（leucinezipper）螺旋螺旋-环环-螺旋结构（螺旋结构（helix-loop-helix，HLH）4050aa含含2个个-helix（1516aa）,由连接由连接区（区（1228aa）连接；）连接；两亲性；通过疏水面作用形成二聚两亲性；通过疏水面作用形成二聚体；体；NH2端为端为DNA结合区，结合区，16aa，其其中中6aa6aa为保守序列为保守序列。-COOH，每隔，每隔7个氨基酸出现一个氨基酸出现一个个Leu，所有，所有L

23、eu出现在同一侧出现在同一侧面，成直线排列，形成疏水面面，成直线排列，形成疏水面依靠依靠Leu的疏水作用的疏水作用,2个个helix相互缠绕，相互缠绕，形成拉链结构形成拉链结构-NH2，富含碱性氨基酸，富含碱性氨基酸,螺旋状螺旋状,+,DNA结合域，结合域，与与DNA双螺旋链上带负双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合电荷的磷酸基团结合碱性碱性-亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP）ZIPmotifY形结构形结构在真核生物中广泛存在在真核生物中广泛存在C/EBP家族：家族：与增强子与增强子、CAAT盒结合GCN4酵母激活因子酵母激活因子CREB（cAMP应答元件结合应答元件结合

24、蛋白）蛋白）2.2反式作用因子的调控方式反式作用因子的调控方式(1)蛋白质和蛋白质和DNA相互作用相互作用 各种各种转录因子和顺式作用元件转录因子和顺式作用元件的的相互识别、相互相互识别、相互作用。作用。表表哺乳动物哺乳动物RNAPol启动子上游转录因子结合的序列元件启动子上游转录因子结合的序列元件顺式作用顺式作用元件元件保守顺序保守顺序DNA长度长度转录因子转录因子大小大小（Da）丰度（丰度（/细胞）细胞）分布分布TATAboxTATAAAA10bpTBP27,000?普遍普遍CAATboxGGCCAATCT22bpCTF/NF160,000300,000普遍普遍GCboxGGGCGG20b

25、pSP1165,00060,000普遍普遍OctamerATTTGCAT20bpOct-176,000?普遍普遍OctamerATTTGCAT23bpOct-252,000?淋巴细胞淋巴细胞KBGGGACTTTCC10bpNFKB44,000?淋巴细胞淋巴细胞 通常转录因子与通常转录因子与DNA的大沟内的碱基或磷酸的大沟内的碱基或磷酸接触，通过接触，通过a-螺旋的一个区域与螺旋的一个区域与DNA结合。结合。锌指结构锌指结构螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构螺旋结构同源异形结构域同源异形结构域螺旋螺旋-环环-螺旋结构螺旋结构亮氨酸亮氨酸“拉链拉链”2.2反式作用因子的调控方式反式作用因子的调控方式蛋白

26、质和蛋白质和DNA相互作用；相互作用；蛋白质和配基结合；蛋白质和配基结合；蛋白质之间的相互作用蛋白质之间的相互作用;蛋白质的修饰。蛋白质的修饰。(2)蛋白蛋白质质和配基的和配基的结结合合有有的的调调节节蛋蛋白白并并不不直直接接与与DNA接接触触，而而先先和和配配基基结结合被活化，如甾类受体蛋白等。合被活化，如甾类受体蛋白等。激素激素-受体复合受体复合物进入细胞核，物进入细胞核，与增强子结合从与增强子结合从而激活启动子，而激活启动子，开始转录。开始转录。甾类激素作为甾类激素作为配基配基进入细胞，与相应进入细胞，与相应受体蛋白受体蛋白结合；结合；甾类激素对转录的调控甾类激素对转录的调控甾类受体蛋白

27、通常有三个功能区甾类受体蛋白通常有三个功能区2.2反式作用因子的调控方式反式作用因子的调控方式蛋白质和蛋白质和DNA相互作用；相互作用；蛋白质和配基结合；蛋白质和配基结合；蛋白质之间的相互作用蛋白质之间的相互作用;蛋白质的修饰。蛋白质的修饰。(3)(3)蛋白质之间的相互作用蛋白质之间的相互作用酵母半乳糖代谢中酵母半乳糖代谢中GAL80GAL80和和GAL4GAL4的相互作用。的相互作用。(4)蛋白质的修饰蛋白质的修饰蛋蛋白白质质的的磷磷酸酸化化和和去去磷磷酸酸化化是是其其转转录录活活性性调调节节的的一一种种普遍形式。普遍形式。第一节第一节概述概述第二节第二节转录水平转录水平的调控的调控第三节第

28、三节转录后加工水平转录后加工水平的调控的调控第四节第四节翻译的调控翻译的调控1rRNA和和tRNA的加工：剪切和修饰的加工：剪切和修饰2mRNA加工成熟：加工成熟：第三节第三节转录后加工水平的调控转录后加工水平的调控真核真核tRNA的加工的加工:剪切、修剪和剪接剪切、修剪和剪接；甲基修饰；甲基修饰；3-OH连接连接-CCA结构。结构。剪接内含子；剪接内含子；1rRNA和和tRNA的加工：剪切和修饰的加工：剪切和修饰2mRNA加工成熟：加工成熟：1）mRNA前体的可变剪接前体的可变剪接2）mRNA前体的前体的反式剪接反式剪接3）RNA编辑编辑第三节第三节转录后加工水平的调控转录后加工水平的调控2

29、.1 mRNA前体的可变剪接前体的可变剪接1）mRNA剪接的种类：剪接的种类：组成型拼接组成型拼接:一个基因的一个基因的mRNA前体按一种方式前体按一种方式剪切，产生一种剪切，产生一种mRNA，一种蛋白质。，一种蛋白质。可变剪接可变剪接（选择性拼接选择性拼接，alternativesplicing）：有些基因的有些基因的mRNA前体，按不同方式剪切，产生前体，按不同方式剪切，产生两种以上两种以上mRNA，翻译产生多种蛋白质。，翻译产生多种蛋白质。可变剪接可变剪接选用不同的剪接位点产生不同的蛋白质选用不同的剪接位点产生不同的蛋白质组成型剪接组成型剪接2）可变剪接的方式：可变剪接的方式：（1）选用

30、）选用不同的起始位点不同的起始位点，得到不同的蛋白质；（，得到不同的蛋白质；（酵酵母蔗糖酶母蔗糖酶Suc基因基因，小鼠小鼠-淀粉酶淀粉酶基因）；基因）；（2）选用）选用不同的加尾位点不同的加尾位点产生不同的蛋白质（如免疫产生不同的蛋白质（如免疫球蛋白）；球蛋白）；（3）选用）选用不同的剪接位点不同的剪接位点；（4）同时采用以上）同时采用以上两种方式两种方式；v酵母蔗糖酶基因，有两种不同形式酵母蔗糖酶基因，有两种不同形式:v胞内酶的合成胞内酶的合成不受葡萄糖存在的影响，但含量低；不受葡萄糖存在的影响，但含量低；v胞外酶的合成胞外酶的合成受到葡萄糖的抑制。受到葡萄糖的抑制。v胞胞外外酶酶仅仅多多了

31、了信信号号序序列列，经经切切除除后后胞胞外外酶酶比比胞胞内内酶酶在在N-N-端端仅仅多多了了一一个个SerSer。不同的起始位点不同的起始位点大大鼠鼠肌肌钙钙蛋蛋白白基基因因在在不不同同的的发发育育阶阶段段以以及及不不同同横横纹纹肌肌种种类类中中由由于于不同的选择性剪接内含子，结果产生了不同的肌钙蛋白不同的选择性剪接内含子，结果产生了不同的肌钙蛋白。不同的剪接位点不同的剪接位点选择不同外显子选择不同外显子剪接选择不同的剪接选择不同的5端和外显子端和外显子剪接选择不同的剪接选择不同的3端和外显子端和外显子3)可变剪接的调控机制可变剪接的调控机制实质是实质是5供体与供体与3受体剪接点的选择搭配受体

32、剪接点的选择搭配如何选择不同的位点？如何选择不同的位点？SR蛋白家族蛋白家族：SF2剪接因子，与剪接因子，与mRNA结合，决定结合，决定5剪接位点剪接位点RNP的调节的调节：hnRNP-A1,U5-snRNP人类编码蛋白的基因约人类编码蛋白的基因约27000个，蛋白种类约个，蛋白种类约90000。4060人类编码蛋白的基因发生可变剪接；人类编码蛋白的基因发生可变剪接；高等真核生物基因组很大，完全能容纳更多的基高等真核生物基因组很大，完全能容纳更多的基因。因。为什么一方面它的许多基因非常分散，而另一方为什么一方面它的许多基因非常分散，而另一方面它又使一个基因产生出多种产物？面它又使一个基因产生出

33、多种产物？4)可变剪接的意义可变剪接的意义令人不解令人不解！？！？1rRNA和和tRNA的加工：剪切和修饰的加工：剪切和修饰2mRNA加工成熟：加工成熟：1）mRNA前体的可变剪接前体的可变剪接2）mRNA前体的前体的反式剪接反式剪接3）RNA编辑编辑2.2mRNA前体的反式剪接前体的反式剪接顺顺式式剪剪接接（cis-splicing）：内内含含子子的的剪剪接接一一般般都都是是发发生生在在同同一一个个基基因因内内，切切除除内内含含子子，相相邻邻的的外外显子彼此连接。显子彼此连接。反反式式剪剪接接（trans-splicing）：不不同同基基因因的的外外显显子子剪接后相互连接。剪接后相互连接。反

34、反式式剪剪接接的的典典型型例例子子是是锥锥虫虫表表面面糖糖蛋蛋白白基基因因VSG，线线虫虫肌动蛋白基因肌动蛋白基因和和衣藻叶绿体衣藻叶绿体DNA中的中的psa基因基因。锥虫锥虫表面糖蛋白基因表面糖蛋白基因VSG中许多中许多mRNA的的5端都有共同端都有共同的的35b前导序列，但在每个转录单位上游并未编码这前导序列，但在每个转录单位上游并未编码这个前导序列，个前导序列，来源于基因组中位于别处序列转录的小片段来源于基因组中位于别处序列转录的小片段RNA，通过通过反式剪接反式剪接，将，将35nt的前导序列加到的前导序列加到mRNA的的5端。端。v 反式剪接产生的反式剪接产生的5端外显子称为端外显子称

35、为剪接前导剪接前导RNA（splicedleaderRNA，SLRNA）。）。vSLRNAs存在于几存在于几种锥虫和线虫中，具种锥虫和线虫中，具有共同的特点；有共同的特点；其结构类似于其结构类似于U1，即即SLRNA和和U1snRNA一样具有可以一样具有可以和内含子和内含子5端剪接位端剪接位点识别和结合的功能。点识别和结合的功能。转酯反应转酯反应1rRNA和和tRNA的加工：剪切和修饰的加工：剪切和修饰2mRNA加工成熟：加工成熟：1）mRNA前体的可变剪接前体的可变剪接2）mRNA前体的前体的反式剪接反式剪接3）RNA编辑编辑2.3RNA编辑编辑1)定义定义RNA编编辑辑（editing）指

36、指遗遗传传信信息息在在mRNA水水平平上上发发生生改改变变的的过过程程。RNA的的编编码码序序列列与与转转录录产产生生它它的的DNA序序列列不不同同，转转录录后后的的RNA在在编编码码区区发发生生碱碱基基的的加加入入，丢丢失失或或转转换换等现象。等现象。1986年年R.Benne在在研研究究锥锥虫虫线线粒粒体体mRNA转转录录加加工工时时发发现现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸，的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸，1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。锥虫细胞色素氧化酶亚基锥虫细胞色素氧化酶亚基(coxII)基因的编辑基因的编辑2)编辑的生物

37、学意义：编辑的生物学意义：(1)校正作用；校正作用；(2)调控翻译；调控翻译；(3)扩充遗传信息。扩充遗传信息。扩充遗传信息扩充遗传信息锥虫锥虫coxcoxII的的mRNAmRNA上上158158个位点插放了个位点插放了394394核苷酸；核苷酸；在在9 9个位点删去了个位点删去了1818个尿苷酸，个尿苷酸，实际增加了实际增加了376376个核苷酸，使个核苷酸，使coxIIcoxII的长度增加了的长度增加了55%55%。因此因此coxcoxII的基因比成熟的的基因比成熟的mRNAmRNA小了很多，故称其小了很多，故称其隐匿基因隐匿基因。编辑的调控作用编辑的调控作用编辑的校正作用编辑的校正作用3

38、)编辑的机制编辑的机制1990年年L.Simpsom等等指指导导RNA（guidegRNA）：一一类类小小分分子子RNA，对对mRNA前前体分子的编辑起了指导作用。体分子的编辑起了指导作用。特点：特点：55-70nt3端有端有5-25个个U5端与端与mRNA转录产物互补：转录产物互补：非常规的互补，非常规的互补，G-U配对配对。插入插入U的两步转酯反应的两步转酯反应gRNA的的3OH攻击攻击mRNA产生产生5端与端与gRNA3相连相连5端的端的3-OH攻击攻击gRNA的的U-U生成生成RNA编辑产物编辑产物(插入一个插入一个U)gRNA（少一个（少一个U）RNA编辑相继在真核生物和病毒中发现编

39、辑相继在真核生物和病毒中发现:如小鼠脑中的谷氨酸受体，如小鼠脑中的谷氨酸受体，哺乳动物载脂蛋白哺乳动物载脂蛋白B，植物线粒体中的细胞色素氧化酶亚基。植物线粒体中的细胞色素氧化酶亚基。生物学意义生物学意义生物适应中的保护措施之一生物适应中的保护措施之一中心法则的发展：中心法则的发展：第一节第一节概述概述第二节第二节转录水平的转录水平的调控调控第三节第三节转录后加工水平转录后加工水平的调控的调控第四节第四节翻译的调控翻译的调控第四节第四节 翻译水平的调控翻译水平的调控1mRNA运输控制运输控制2mRNA稳定性的调控稳定性的调控3mRNA结构结构4翻译的起始调节翻译的起始调节5选择性翻译选择性翻译6

40、反义反义RNA调控调控7翻译的自我调节翻译的自我调节1mRNA运输控制运输控制运运输输控控制制（transportcontrol）是是对对初初始始转转录录产产物物从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。合合成成的的RNA大大约约有有1/12能能被被运运出出核核进进入入细细胞胞质质，50左右的在核内降解，还有一些留在核。左右的在核内降解，还有一些留在核。2 mRNA稳定性的调控稳定性的调控mRNA的寿命；的寿命；原核生物原核生物mRNA的半衰期很短，平均大约的半衰期很短，平均大约3min。高等真核生物迅速生长的细胞中高等真核生物迅速生长的细胞中mRNA的半衰期

41、平均的半衰期平均3h。在高度分化的终端细胞中许多在高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳定，有的寿命极其稳定，有的寿命长达数天。长达数天。3mRNA的结构的结构3.1 mRNA53.1 mRNA5前导序列对翻译水平的影响前导序列对翻译水平的影响5 5 m7m7G G帽结构帽结构是否存在是否存在起始密码子的位置和其侧翼的序列起始密码子的位置和其侧翼的序列的影响。的影响。5 5端端UTRUTR的的长长度度也也会会影影响响到到翻翻译译的的效效率率和和起起始始的的精精确确性性，当当此此区区长长度度在在171780Nt80Nt之之间间时时，体体外外翻翻译译效效率率与与其其长长度度变成正比。变成正比。5U

42、TR5UTR中中存存在在碱碱基基配配对对区区形形成成二二级级结结构构时时，会会阻阻止止核核糖糖体体40S40S亚基的迁移，对翻译起始有抑制作用。亚基的迁移，对翻译起始有抑制作用。3.2 mRNA33.2 mRNA3端的结构对翻译速率和端的结构对翻译速率和mRNAmRNA寿命的影响寿命的影响mRNA3端端的的poly(A)不不仅仅和和mRNA穿穿越越核核膜膜的的能能力力有有关，而且影响到关，而且影响到mRNA的的稳定性和翻译效率稳定性和翻译效率。poly(A)越长，越长，mRNA作为模板的使用的半作为模板的使用的半衰期越长衰期越长。4翻译的起始调节翻译的起始调节-翻译起始因子的磷酸化翻译起始因子

43、的磷酸化翻翻译译起起始始因因子子eFI-2磷磷酸酸化化，磷磷酸酸化化后后不不能能重重复复利利用用，从从而而选选择择性性的的降降低低或或加加强强一一些些mRNA的翻译。的翻译。当细胞处在异常环境（如饥饿、当细胞处在异常环境（如饥饿、pH变动、重金属处变动、重金属处理、加入化学药品等）或蛋白质生物合成受抑制时，理、加入化学药品等）或蛋白质生物合成受抑制时，都可以检测到细胞内都可以检测到细胞内eIF-2的磷酸化作用。的磷酸化作用。5 5 选择性翻译选择性翻译珠蛋白是由两条珠蛋白是由两条链和两条链和两条链组成的。链组成的。在二倍体细胞中都有在二倍体细胞中都有4个个-，2个个；如如果果它它们们相相同同转

44、转录录和和翻翻译译的的话话它它们们之之间间的的浓浓度度比比应应是是：=2：1，而实际上是，而实际上是1：1，珠珠蛋蛋白白和和珠珠蛋蛋白白是是在在翻翻译译水水平平上上存存在在的的差差异异，即即和翻译起始因子的亲和性和翻译起始因子的亲和性不同。不同。初生蛋白初生蛋白6 6 翻译的自我调节翻译的自我调节 用微量注射器将微管蛋白注入到哺乳动物细胞中，会抑制用微量注射器将微管蛋白注入到哺乳动物细胞中，会抑制微管蛋白的进一步合成。微管蛋白的进一步合成。7 反义反义RNA调控调控真核生物中也同样存在着反义真核生物中也同样存在着反义RNA的调控的调控人们已将反义人们已将反义RNA发展成一门反义技术应发展成一门

45、反义技术应用于动、植物病毒的抑制，果蔬的保鲜，用于动、植物病毒的抑制，果蔬的保鲜，疾病的治疗。疾病的治疗。翻译延伸过程对蛋白质合成的影响翻译延伸过程对蛋白质合成的影响翻翻译译过过程程并并非非一一定定能能从从起起始始密密码码到到终终止止密密码码，有有些些中中间间形成茎环二级结构，阻止延伸；形成茎环二级结构，阻止延伸；另另外外，在在翻翻译译延延伸伸过过程程中中出出现现移移框框翻翻译译，翻翻译译时时向向前前或或向后移动一个核苷酸，从而改变翻译的产物。向后移动一个核苷酸，从而改变翻译的产物。翻译后水平的调控翻译后水平的调控翻译后产生的多数蛋白质无生物活性，必须经过切割翻译后产生的多数蛋白质无生物活性，

46、必须经过切割加工、水解、化学修饰、剪接加工、水解、化学修饰、剪接;某些蛋白质有选择的受到抑制某些蛋白质有选择的受到抑制;某些蛋白质必须位于细胞内特定位置，如溶酶体、线某些蛋白质必须位于细胞内特定位置，如溶酶体、线粒体、叶绿体粒体、叶绿体;一些蛋白必需同其他蛋白质结合，组装成功能单位，一些蛋白必需同其他蛋白质结合，组装成功能单位，如血红蛋白、微管蛋白、核糖体等，都是由多条蛋白如血红蛋白、微管蛋白、核糖体等，都是由多条蛋白质分子结合在一起形成的功能单位。质分子结合在一起形成的功能单位。思考题思考题1.什么是顺式作用元件和反式作用因子什么是顺式作用元件和反式作用因子?顺式作用顺式作用元件和反式作用因子各有哪些？元件和反式作用因子各有哪些？2.转录因子的转录因子的DAN结合域的特征有哪些？并各举结合域的特征有哪些？并各举一例说明。一例说明。3.可变剪接的概念可变剪接的概念,意义意义,产生原因是什么。产生原因是什么。4.RNA的编辑的编辑,产生过程产生过程,意义。意义。